测定溶液的表面张力

会计学1测定溶液的表面张力基本原理

1.表面自由能物体表面分子和内部分子所处的境遇不同，表面层分子受到向内的拉力，所以液体表面都有自动缩小的趋势。如果把一个分子由内部迁移到表面，就需要对抗拉力而做功。在温度、压力和组成都恒定时，可逆地使表面增加ΔS所需对体系做的功，叫表面功，可表示为：

-A=ΔG=σΔSσ称为表面自由能，单位为J/m2。若把σ看作为作用在界面上每单位长度边缘上的力，通常称为表面张力。

第1页/共17页

2.溶液的表面吸附

在指定的温度和压力下,溶质的吸附量与溶液的表面张力及溶液的浓度有关,从热力学方法可知它们之间的关系遵守吉布斯吸附方程:

根据能量最低原则,溶质能降低溶剂的表面张力时,表面层溶质的浓度比溶液内部大;反之,溶质使溶剂的表面张力升高时,表面层中的浓度比内部的低。这种表面浓度与溶液内部浓度不同的现象叫做溶液的表面吸附。第2页/共17页Γ为表面吸附量(单位:mol·m-2);T为热力学温度(单位:K);C为稀溶液浓度(单位:mol·dm-3);R为气体常数。称为负吸附;

称为正吸附;

第3页/共17页在σ-C曲线上任选一点i作切线,即可得该点所对应浓度Ci

的斜率，再由上式可求得不同浓度下的Γ值。乙醇是表面活性物质,能降低溶剂的表面张力,它们在水溶液表面的排列情况随浓度不同而异:当浓度小时,分子可以平躺在表面上;浓度增大时,分子的极性基团取向溶剂内部,而非极性基团基本上取向空间;当浓度增大到一定程度时,溶质分子占据了所有表面,就形成饱和吸附层。以表面张力对浓度作图,可得到σ-C曲线,从图中可以看出,在开始时σ随浓度的增加而迅速下降,以后的变化比较缓慢。第4页/共17页△Pmax=△Pr=P0-Pr=2σ/r将被测液体装于测定管中,使玻璃管下端毛细管面与液面相切,液面沿毛细管上升,打开抽气瓶的活塞缓缓放水抽气,测定管中的压力P逐渐减小,毛细管压力P0就会将管中液面压至管口,形成气泡,其曲率半径由大而小,直至恰好等于毛细管半径时,根据拉普拉斯公式,这时能承受的压力差也最大:第5页/共17页△P1=2σ1/r△P2=2σ2/rσ1/rσ2=△P1/△P2第6页/共17页仪器与试剂

恒温装置一套烧杯（25ml）一个带有支管的试管（附木塞）1支毛细管（半径为0.15mm~0.20mm)1根容量瓶（50ml)8支数字式微压差测量仪1台第7页/共17页低真空测压仪滴液漏斗支管试管毛细管第8页/共17页实验步骤

1.安装仪器：洗净仪器并按图装置。对需干燥的仪器作干燥处理。

2.配置乙醇溶液：分别配制0．02mol/L，0.05mol／L，0．10mol／L，0．15mol／L，0.20mol／L，0．25mol／L，0．30mol/L，0．35mol/L乙醇溶液各50mL。第9页/共17页

4.水的表面张力(仪器常数)测定先以蒸馏水作为待测液测定其仪器常数。方法是将干燥的毛细管垂直地插到使毛细管的端点刚好与水面相切，打开滴液漏斗，控制滴液速度，使毛细管逸出的气泡，速度约为5s～10s1个。在毛细管口气泡读出U型管两边液面最大高度差可读三次，取其平均值。通过手册查出实验温度时水的表面张力，利用公式求出仪器常数K。第10页/共17页

5.待测样品表面张力的测定：用待测溶液洗净试管和毛细管，加入适量样品于试管中，按照仪器常数测定的方法，测定不同待测样品的计算其表面张力。

第11页/共17页数据处理1.由附录表中查出实验温度时水的表面张力，算出毛细管常数K。2.由实验结果计算各份溶液的表面张力

,并作

~c曲线。3.在~c曲线上分别在0．050mol/L，0．100mol／L，0．150mol／L，0．200mol／L，0．250mol／L和0．300mol／L处作切线，分别求出各浓度的值，并计算在各相应浓度下的Γ。

4.用c/Γ对c作图，应得一条直线，由直线斜率求出

Γ∞。第12页/共17页1、将实验点连成平滑的曲线；2、过曲线上点作曲线的切线；3、由切线的斜率得到偏导数的值。第13页/共17页实验注意事项

1.测定用的毛细管一定要洗干净，否则气泡可能不能连续稳定地流过，而使压差计读数I不稳定，如发生此种现象，毛细管应重洗。2.毛细管一定要保持垂直，管口刚好插到与液面接触。3.杂质对的影响很大，配制溶液应使蒸馏水。4.应读出气泡单个逸出时的最大压力差。5.与温度密切相关，应使表面张力仪浸入恒温槽的水中。第14页/共17页讨论1.若毛细管深入液面下Hcm，则生成的气泡受到大气压和的静液压。如能准确测知H值，则根据来测定值。但若使毛细管口与液面相切，则H＝0，消除了项，但每次测定时总不可能都使H＝0，故单管式表面张力仪总会引入一定的误差。2.测定表面张